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Ideas básicas de métodos de cifrado para sistemas MIMO-OFDM en la capa física

Traté de explicar el tema en un lenguaje sencillo. Me parece que para comprender este material, no se requieren conocimientos especiales, excepto la capacidad de leer textos en ruso y un poco de conocimiento de matemáticas. Quizás en algún lugar me perdí detalles importantes o dije cosas demasiado obvias, pero todo esto es en aras de la disponibilidad general. No juzgues estrictamente. Feliz lectura.





¿Por qué es esto tan importante?

, , ( , ). , . OFDM ( , ), . – , – MIMO .





, . , .





…

. OFDM- MIMO massive-MIMO , .





MIMO massive-MIMO ?

MIMO (Multiple Input Multiple Output) – , . :





  • SISO - Single Input Single Output





  • SIMO - Single Input Multiple Output





  • MISO - Multiple Input Single Output





  • MIMO - Multiple Input Multiple Output





, SIMO – , , . , 1000 , 5000 . , - . , MIMO , , - - .





MIMO , . , . ( ). , , , . MIMO , .





:





  • (time diversity) – .





  • (frequency diversity) – , .





  • (spatial diversity) – ( ) , , .





Y – , H – , X – , N – (AWGN- ). :





Y = HX + N

– – :





X ^ * = (H ^ TH- \ sigma ^ 2I) ^ {- 1} H ^ TY





, .





Massive-MIMO – , . 128, 256… , 2-3 . MIMO WiFi, LTE. Massive-MIMO 5G , , 6G.





. MIMO , , . , ( ).





MIMO-system OFDM .

OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing — ) – , , . .





- OFDM- : (ISI – inter-symbol interference) (ICI – inter-carrier interference).





ISI 





, , . , (guard interval).





ICI





, , . – . (CP insertion) – , , ISI, .





OFDM:









  • ( ( ), )





  • ( )





OFDM:





  • , -













, . , .





: , (CIA triangle - Confidentiality, Integrity, Availability). .





.





, . , , . :





  • .





  • – . , , .





  • (, ), , .





.





, . : , , , .





.





. , , . - DOS (Denial of Service) DDOS (Distributed Denial of Service) . .





, ( ) . . MIMO-OFDM .





, . .





: Fake client attack (FCA) Fake access point (AP) attack. 





Fake client attack. (CSI – Channel State Information). .





Fake access point attack. , - . .





. .





, . , , , .





:





  • H0 = " " H1 = " "





  • ,





  • , .





AKBA(asymmetric-key based authentication):





  • , .





h_n (t) = αh_n (t - 1) + \ sqrt {1-α ^ 2} z_n (t)

α - , z(t) - c.. .





  • , b.





  • b, - (K1, K2)





  • K1, K2, .





SKBA(symmetric-key based authentication):





  • , .





h_n (t) = αh_n (t - 1) + \ sqrt {1-α ^ 2} z_n (t)

  • . , .





  • 2N





c ^ * = argmin_ {c∈C} || h_A (2) - c || ^ 2

  • .





e = h_A (2) - c ^ *





h_B = h_B (1) - e

  • .





c ^ * = argmin_ {c∈C} || h_B - c || ^ 2

  • - , .









( , ). ( MIMO-OFDM ) . , .





.





PLA(Physical Layer Authentication)





  • , ( ).





  • t > 1 , :





ψ (t) = \ frac {1} {N {\ gamma_ {A}} ^ 2 (t)} \ sum_ {n = 1} ^ {N} {| h_n (t) -α ^ {t-1} h_n (1) | ^ 2}

  • :





ψ (t) <θ (t)

, , . , .









, , .





: , , .





, . 4 . ( ) , , , ( , ). , .









. , .









. , ( - ). . :





Y = HSX + N

N - AWGN( ), H - , X -





:





X ^ * = S ^ {- 1} H ^ {- 1} Y = X + S ^ {- 1} H ^ {- 1} N

. , , . .













, M .





M w . M





x = \ sum_ {i = 1} ^ {M} {w_ms_i}

(SINR - signal-to-interference-plus-noise ratio)





\ gamma_ {k, m} = \ frac {P | h_kw_m | ^ 2} {\ sum_ {i = 1, i \ neq m} ^ {M} {P | h_kw_i | ^ 2} + \ sigma ^ 2}

P -





:





w_ {m_k} = arg max_ {1≤m≤M} {γ_ {k, m}}

  , SINR SINR. , SINR. .





.









: . . , .





(AN - Artificial Noise)





. , , .





l- :





x ^ l_ {AN} = Ω ^ l_ {ZF} u ^ l + Z ^ lv ^ lΩ ^ l_ {ZF} = (H ^ l) ^ {+}

Z SVD :





H ^ l = U ^ l Λ ^ l [V ^ l Z ^ l] ^ H

:





y ^ l = H ^ lx ^ l + n ^ l = u ^ l + H ^ ln ^ l

:





y ^ l_ {AN} = G ^ lx ^ l_ {AN} + n ^ l = G ^ l Ω ^ l_ {ZF} u ^ l + G ^ l Z ^ lv ^ l + n ^ l

(AFF - Artificial Fast Fading)





. . , .





l- :





x ^ l_ {AFF} = Ω ^ l_ {AFF} u ^ lΩ ^ l_ {AFF} = [Ω ^ l_ {rand} Ω ^ l_ {cancelar}] ^ T

, : , .





Ω ^ l_ {cancelar} = ({H ^ l} ​​_ {cancelar}) ^ {- 1} (I - {H ^ l} ​​_ {rand} {Ω ^ l} ​​_ {rand})

:





y ^ l_ {AFF} = H ^ lx ^ l_ {AFF} + n ^ l = u ^ l + n ^ l

:





y ^ l_ {AFF} = G ^ lx ^ l_ {AFF} + n ^ l = G ^ l Ω ^ l_ {AFF} u ^ l + n ^ l









, , . , ( ), … . , .









. , . , . , , .





, .





. , . .





:

[] - What is Information Security? The Basics of Information Security





[] - Comparison Between Asymmetric and Symmetric Channel-Based Authentication for MIMO Systems





[] - A Physical Layer Security Scheme Employing Imaginary Receiver for Multiuser MIMO-OFDM Systems





[] - High security orthogonal factorized channel scrambling scheme with location information embedded for MIMO-based VLC system





[] - Mode Selection in MU-MIMO Downlink Networks: A Physical-Layer Security Perspective





[] - Esquema cooperativo de formación de haces e interferencia virtual basado en MIMO para la seguridad de la red de sensores inalámbricos agrupados





[] - Autenticación de capa física a través de canales de escuchas telefónicas con atenuación MIMO





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